花椒采收现状及研究进展

花椒是一种在中国广泛栽植的香辛料植物,具有重要经济和生态价值。目前我国花椒采收以手工采摘为主,劳动强度大、效率低、成本高,花椒的采摘问题一直是制约产业发展的瓶颈。本文通过实地调查部分栽培地区的采收情况并查阅文献资料,分别从花椒树的生物学特性、果实成熟季节、人工采收、种植规模等方面的原因,分析花椒采收现状,对比目前花椒采摘的不同机械装置及其主要优缺点,提出花椒采摘机械研发的技术关键和难点及未来机械采收的发展方向,为花椒采摘机械的研发和产业发展提供参考。     

花椒采收机设计与试验

为解决花椒收获过程中的摘净率低、损伤率高的问题,在现有结构基础上,基于梳刷摘果原理对采摘装置、传动装置等零部件进行设计和分析,确定了影响花椒采收机采摘效果的因素。利用ADAMS软件,以采摘装置梳刷滚筒转速、梳刷滚筒与喂入口间距、两梳刷滚筒间距为影响因素,以花椒果实未损伤摘净率为检测目标,进行响应面仿真分析试验。结果表明：梳刷滚筒转速对花椒果实未损伤摘净率影响极其显著,梳刷滚筒与喂入口间距、两梳刷滚筒间距影响比较显著。最优参数下,即梳刷滚筒转速531r/min、两梳刷滚筒间距70.6mm、梳刷滚筒与喂入口间距46.7mm时,花椒果实未损伤摘净率为96.6%。研究结果可为后续花椒采收机的研究提供参考。     

甘孜州引进试验花椒采摘机

近日,甘孜州农牧业机械研究所引进了2台（套）电动花椒采摘机在甘孜州康定县进行了综合性能试验和采摘对比试验，试验取得了成功。通过对不同品种花椒的采摘对比试验以及人工和机械采摘对比试验，证明该机其具有体积小、重量轻、携带方便、操作简单、不伤芽、 著特点，与人工采摘相比，采摘效率提高一倍以上。     

高丛蓝莓采摘机采摘系统设计与试验

为提高我国蓝莓果实采摘效率,设计了一种高丛蓝莓采摘机。分析了采摘机设计要求与工作原理,估算了蓝莓树枝采摘频率和采摘惯性力。按照确定的设计要求,采用给定行程速比法设计了铰链四杆机构,运用图解法设计了双摇杆机构,并加工制造了采摘系统。为评价采摘系统果实采摘质量和机采与人采效率比,进行了蓝莓采摘试验。试验结果表明,机器采摘效率为829 g/min,是人工采摘效率的12.67倍;采摘果实破损率为8.3%,采净率为96.9%,未成熟果实脱落率为9.7%,该采摘机采摘蓝莓果实的质量和效率较高。     

番茄采摘机器人系统设计与试验

为了提高鲜食番茄采收的自动化水平,减轻人工采摘劳动强度,设计了一种番茄智能采摘机器人。该采摘机器人包括视觉定位单元、采摘手爪、控制系统及承载平台,并基于各部件工作原理制定了采摘机器人的工作流程。基于HIS色彩模型进行图像分割,提高了果实识别的准确度;通过气囊夹持方式确保果实采摘过程中对果实的柔性夹持。试验结果表明:视觉定位、采摘手爪等模块运转良好,采摘单果番茄耗时约24s,成功率可达8 3.9%以上。     

花椒采摘机设计

为提高花椒采摘效率、降低成品成本、保护果农安全,依靠HSV色彩红外识别和小波变换的方式,对成熟花椒果实的颜色形状特征和其成簇结实的特性,设计出一款自动识别花椒采摘机。采摘机主要包括视觉识别部分、机械臂运动部分、果实储存部分和车身带动部分。通过动力学仿真,使各部分相互配合,实现花椒果实视觉识别和定位采摘。此机械基本实现花椒果实的自动采摘,对提高花椒采摘效率、降低成本起到一定的促进作用。     

智能花椒采摘机的设计研究

由我国花椒产业调查分析报告可知,花椒种植近年来虽然每年呈上升趋势,但却存在着劳动力缺乏和用工需求增加之间的矛盾,制约花椒产业健康发展的主要原因是采摘效率低,采摘方式以人工采摘为主,椒农老龄化严重,用工费用逐年攀升且花椒采摘机的使用率较低。基于此,笔者针对智能花椒采摘机展开研究,主要对采摘机的机械部分、测试部分、驱动机构、执行机构、控制部分进行了分析并对仿真结果进行测试,采摘机顺利通过测试,结果良好。     

棉花采摘机械手机构设计及参数优化

针对国内棉花采收存在的问题,提出了运用棉花采摘机械手代替人工和采棉机采收的方法。在对棉花农业特性及收获特性分析的基础上,结合新疆棉花种植模式以及棉花采摘要求,遵循机械手设计原则,设计了一种5自由度多行采收的关节型棉花采摘机械手。为使机械手能够高效灵活地收获目标空间棉铃,尽可能减小机械臂的操作空间和结构尺寸,结合采摘对象棉铃的生长分布空间和作业要求,分析了在给定空间下的设计变量、优化目标和约束条件,建立了优化设计的数学模型,并利用MatLab优化工具箱进行编程,实现了棉花采摘机械手的机构参数优化。     

苹果采摘机器人末端执行器的原理及试验研究

随着我国水果种植不断发展,果园面积不断扩充,人工展开果实采摘工作已无法满足实际需求,果实采摘向机械化、智能化方向发展是必然趋势。目前,苹果采摘已经开始引进机械手采摘,极大地提高了采摘效率。由于苹果采摘机器人在我国并未推广,相关技术环节仍旧存在一定弊端。为此,针对当前苹果采摘末端执行器结构存在的不足,结合苹果采摘工作实际需求,根据苹果采摘作业手法设计了切实可行的苹果采摘末端执行器。试验表明:苹果采摘机器人末端执行器具有可行性及良好的应用效果,为其进一步推广提供了理论基础。     

枸杞采摘机的适采条件

针对宁夏枸杞种植面积不断扩大、枸杞采收困难以及用工紧缺等这些突出问题,枸杞工程技术中心设计开发了一种适合机械采摘枸杞的设备.该设备通过向枸杞树冠传导振动力,使枸杞红果脱落,熟果采净率可以达到75%以上,并能使青果或花的脱落处于较低水平.田间试验表明:机械平均采果效率为20kg/h,是人工的8倍左右,采果质量与手工采果基本一致.为此,对枸杞机械化采收的适采条件做了分析研究,得出其影响因素有果实的成熟度、适宜的季节、机械的功率以及树体形状等.合理规范地使用枸杞采摘机将会提高采摘效率、保证采果质量以及降低采果费用.     

梳排振动式荔枝采摘机的设计与试验

为提高荔枝的机械化采摘效率,设计了一种梳排振动式荔枝采摘机。利用EDEM软件对采摘机采摘部件建立仿真模型,选取不同梳摆频率(10、20、30Hz)进行仿真试验研究,结果表明:在梳摆频率为30Hz时,荔枝果实的平均压缩力峰值达到了89.62N,采摘机的适宜梳摆频率应小于30Hz。通过试验分析梳打频率、梳棒间距和梳棒重合度对荔枝采摘效率和破损率的影响,测得最优参数组合(梳摆频率为19Hz,梳棒间距为100mm,梳棒重合度为60%)条件下的采摘效率为1.94kg/min,破损率为3.14%。对比分析振动采摘和手工采摘的采后品质发现:机械采摘和人工采摘两种采摘方式的荔枝色差值、可溶性固形物含量和可滴定酸含量在10天的贮藏期内无显著性差异,说明振动采摘未对荔枝果实品质产生不良影响。本研究可为荔枝采收机械的设计与优化提供参考。     

草莓采摘机器人成熟果实识别及避障控制系统研究——基于ARM与FPGA

目前,草莓的采摘主要靠人工完成,任务繁重,效率较低,人为造成的损失也比较大,减少了果农的经济收入,也影响了草莓种植的发展。因此,研制草莓采摘机器人是解决人工采摘问题的关键。为此,大量研究了草莓种植的特点及人工采摘技巧,基于ARM与FPGA智能控制模块及双目机器视觉技术,设计了草莓采摘机器人成熟果实及避障控制系统。实验结果表明:所设计的草莓采摘机器人成熟果实识及避障控制系统可以准确识别成熟草莓果实,并能灵活避开采摘途径中的障碍物,系统运行稳定,对我国开展草莓采摘机器人果实识别和避障技术的研究具有一定的参考价值。     

基于选择性注意机制的果实簇识别与采摘顺序规划

基于仿生学思想设计了一种果实簇识别与采摘顺序规划方法。该方法以Itti视觉注意基本模型为基础,通过改进视觉特征整合方法,构建依赖先验知识的视觉显著图,改善果实簇的识别效果;借鉴"赢者取全"的生物神经竞争机制和采摘专业人员的操作经验,设计距离、面积和显著度加权择优的采摘顺序规划策略,提高采摘工作效率。试验结果表明,设计的算法能够识别20余种常见果蔬,识别正确率达到93.36%;果实簇的采摘顺序规划结果符合人工采摘的专家经验。     

基于双视觉系统的柑橘辅助采摘器设计

为减轻柑橘采摘过程中劳动强度大、效率低及传统采摘器易损伤果实从而影响果实保鲜及品相等问题,设计了一种可高效、安全、精准地实现快速采摘柑橘果实的采摘器。采摘器通过光学视觉、机械视觉双视觉辅助定位系统,对果实进行精准定位,由漏斗式捕捉口对果实进行捕获,由双圆盘滑切锯片将果梗切断,果实落入缓冲管道中。试验结果表明:柑橘采摘器可以有效提高采摘效率,减轻果农的采摘劳动强度。     

猕猴桃采摘机器人的研究与设计

设计了一种针对规范化种植的猕猴桃采摘机构,它能够在果实成熟期的果实分布平面内对果实进行识别与定位,以夹持和扭转的方式摘取果实,实现果实的自动化采摘。所采用的传动方式简单有效,有利于在实际中推广,也为后续研究提供了基础。     

冬枣果实特性及机械化采摘现状研究

冬枣采摘是用工量最大、用工时间最密集的作业,实现冬枣机械化采摘是冬枣种植业的一大难题。通过梳理冬枣果实特性、脱落方式及规律等信息,阐述现有相关采摘机械研究包括工作原理、作业特点、存在缺陷等方面,对比分析干果红枣采收与冬枣采收。可以发现：振动式采摘是大规模生产中应用最广泛的方式,实现高效收获,但存在收集难度大、果实损伤率高等限制;半自动辅助采摘设备每次只对单个果实作业,效率提升有限;采摘机器人的研究尚在起步阶段,存在果实识别环境影响大、执行器执行不到位、效率低等难题。最后,提出冬枣采摘机械研发与冬枣种植管理相结合、冬枣采摘机械智能化、自主研发与国外技术相互借鉴是未来的研发方向。     

猕猴桃采摘机器人末端执行器设计与试验

进行了棚架式栽培模式自然生长条件下簇生猕猴桃无损采摘机器人末端执行器的研究。基于果实与果柄的分离特性,提出面向机器人的果实采摘方法和简化几何模型,进行了果实与果柄分离试验的可行性验证;基于果实采摘方法设计了从底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取、向上运动分离果实的末端执行器,并试制样机,进行了现场评价试验。结果表明,采摘模型能够实现果实与果柄的分离,末端执行器解决了毗邻果实分离问题,能够实现单个果实稳定抓取、无损采摘和采后抓持,成功率达到96.0%,平均单果耗时22 s。     

新型手持电动式花椒采摘机设计

本课题针对目前花椒采摘季节性强,人工采摘成本高、任务重、具有一定危险性等问题,设计一种新型的手持电动式花椒采摘机。该装置采用电机带动滚筒旋转,依靠橡胶材料制成的梳刷将花椒枝条揽入进料口,通过往复切割单动式双层齿状刀片实现花椒果实的采摘,存储于收集盒中,待装满后及时卸载。运用三维工程绘图软件建立虚拟样机模型,并按实际尺寸完成了实物样机的制作。通过对花椒的实地采摘测试,试验结果表明:该装置不仅提高了花椒采摘机械化程度,还能有效降低采摘过程对人体的伤害。     

差速梳齿式菠萝采收机的设计及试验研究

目前,我国菠萝采收主要依靠人工完成,劳动强度大,工作效率低。针对这一问题,基于仿生学原理创新设计了一种差速梳齿式菠萝采收机。首先,针对“巴厘”品种的菠萝进行种植模式与物理性状分析;其次,通过三维软件建模完成差速梳齿式菠萝采收机的设计,确定采摘方式主要为旋转梳齿与固定梳齿差速配合完成菠萝采摘;最后,结合理论分析试制了差速梳齿式菠萝采收机样机,并开展了田间试验。选取机器行进速度、梳齿转速和梳齿数量为影响因素,以菠萝采摘率为评价指标进行田间试验,结果表明：当机器行进速度为2m/s、梳齿转速为15r/min、梳齿数量为6个时,菠萝采摘率最高为85.4%。研究结果可为提升我国菠萝生产机械化进程、减轻菠萝采收劳动强度和提高菠萝产业经济提供技术参考与借鉴。     

一种自动化柑橘采摘机器人设计

目前，我国柑橘果实采摘方式多为人工采摘，存在劳动强度大、人工易受伤等问题。针对以上问题，结合现阶段研发的柑橘采摘机器人存在的不足，设计了一种全自动柑橘采摘机器人。该机器人由圆筒式末端执行器对果实进行捕获，由锯刀片将果梗切断，使得果实滑落进输送软管直至储存箱，能有效降低对果实机械损伤的风险。根据实际采摘需求，运用D-H法建立了采摘机械臂坐标变换矩阵，给出了运动学正解并进行仿真，仿真结果验证了采摘机械臂结构设计的科学性和合理性。